8. Определение потерь и коэффициента полезного действия трансформатора

Как известно, потери энергии в импульсном трансформаторе связаны с нагревом обмоток, протекающим током, перемагничиванием и вихревыми токами в магнитопроводе. Кроме того, энергия, запасаемая при формировании фронта и плоской части импульса в магнитном поле магнитопровода, магнитном поле потоков рассеяния и в электрическом поле обмоток, рассеивается после окончания импульса. Знание количественных характеристик потерь и соотнесение их с запасенной энергией позволяет определить коэффициент полезного действия и тепловой режим импульсного трансформатора. Для ферромагнитных материалов с узкой петлей гистерезиса потери на перемагничивание относительно малы.

8.1. Мощность потерь на вихревые токи

Мощность потерь на вихревые токи определяется

где  - толщина листов стали; l_c­ - средняя длина магнитной силовой линии; _с -удельное сопротивление листовой стали

.

Мощность потерь в проводах обмоток определяется суммой потерь в первичной и вторичной обмотках импульсного трансформатора

.

Для схем трансформатора, параметры которого приведены ко вторичной обмотке

.

Если первичная обмотка имеет р₁, а вторичная р₂ параллельно соединенных проводников, то

где _м - удельное сопротивление меди; к_Б – коэффициент близости;  - эффективная глубина проникновения импульсного тока; l – длина медных проводников обмоток; к₁ – коэффициент периметра (уточненное значение). При р₁ = 4, р₂ = 8:

8.2. Реактивная мощность импульсного трансформатора определяется как сумма энергии, запасенной в поле обмотки и в индуктивности намагничивания

,

где R_Н – активное сопротивление нагрузки.

8.3. Коэффициент полезного действия можно оценить как

,

где Р_ср= – средняя мощность импульсного трансформатора, не обладающего потерями.

9. Оценка теплового режима

Тепло, выделяющееся в магнитопроводе и обмотках трансформатора, рассеивается в окружающей среде путем теплопередачи, конвекцией и излучением. Рассеяние энергии должно быть таким, чтобы температура всех частей трансформатора не превышала допустимых для применяемого класса изоляции значений. Для трансформаторного масла предельной температурой следует считать 95 С.

Активная поверхность магнитопровода и обмоток должна обеспечить допустимый перепад температуры t = 50 С.

где Р_М + Р_В –мощность тепловых потерь трансформатора;

к_Т – коэффициент теплопередачи (к_Т =50  60 Втм^-2К^-1 – для маслонаполненных). Принимаем к_Т = 50 Втм^-2К^-1.

Максимальную температуру окружающего воздуха можно принять 35 40⁰С. У маслонаполненных трансформаторов с твердой изоляцией, активной поверхностью, передающей тепло маслу, будет только часть поверхности магнитопровода, свободная от обмоток. Такой характер теплопередачи обусловлен низкой теплопроводностью твердой изоляции.

Критерием работоспособности трансформатора может быть допустимая удельная тепловая нагрузка на активную поверхность трансформатора.

Для маслонаполненных трансформаторов допустимая тепловая нагрузка составляет: для магнитопровода – 2500  3000 Втм^-2, для обмоток – 2000  2250 Втм^-2. Для сухих трансформаторов допустима тепловая нагрузка 600  650 Втм^-2. Исходя из соотношения расчета мощности следует, что условия по допустимой тепловой нагрузке выполняется.

Если охлаждающая поверхность недостаточна из-за больших потерь на вихревые токи, то следует уменьшить толщину ленты или изготовить магнитопровод из феррита или применить искусственный теплоотвод.